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银/铜基复合触头材料及制备工艺

阅读：1发布：2021-08-30

专利汇可以提供银/铜基复合触头材料及制备工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种银 / 铜基复合触头材料及制备工艺，复合触头材料包括铜基触头材料和银基触头材料两层结构，两种材料采用热喷焊方法复合而成；银/铜基复合触头材料银铜结合层有≥2μm的共晶组织过渡层；银/铜基复合触头材料复合层结合强度≥200MPa；复合银基触头材料层厚度：30--3000μm。本发明的银/铜基复合触头材料及制备工艺，对生产条件要求低而生产效率高，复合材料之间能够达到冶金结合，性能稳定，对环境又无污染。，下面是银/铜基复合触头材料及制备工艺专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种银/铜基复合触头材料，其特征在于：复合触头材料包括铜基触头材料和银基触头材料两层结构，两种材料采用热喷焊方法复合而成；银/铜基复合触头材料银铜结合层有≥2μm的共晶组织过渡层；银/铜基复合触头材料复合层结合强度≥200MPa；复合银基触头材料层厚度：30--3000μm。
2.根据权利要求1所述的银/铜基复合触头材料的制备工艺，包括如下步骤：
①制粉：将各银基触头材料原料粉末进行混粉、造粒、过筛，制成-80目的喷焊粉末；
②将铜基触头材料板置于真空或在惰性气体或在水封冷却或在还原性气氛条件下，采用热喷焊方法将银基触头材粉末复合到铜基触头材料板上，喷焊时银铜接触面温度需在
780℃--1083℃范围内进行，使复合层有≥2μm的共晶微融结合层，复合触头材料复合层结合强度≥200MPa；
③喷焊后的复合板材进行轧制，然后制成触点。
3.根据权利要求1所述的银/铜基复合触头材料，其特征在于：所述的铜基体材料包括有以下成分的一种，或是铜氧化稀土，或是铜碳触头材料，所述的银基材料包括有以下成分的一种，或是纯银触头材料，或是银氧化物触头材料，或是银镍触头材料，或是银钨触头材料，或是银碳化物触头材料，或是银碳化物碳触头材料。
4.根据权利要求2所述的银/铜基复合触头材料的制备工艺，其特征在于：所述的热喷焊或为等离子喷焊或为激光喷焊或为火焰喷焊或为电弧喷焊。
5.根据权利要求2或4所述的银/铜基复合触头材料的制备工艺，其特征在于：复合材料在喷焊后进行轧制，轧制后的带材清洗后在基材的另一面采用加热熔化的方法复合一层焊料。
6.根据权利要求3所述的银/铜基复合触头材料，其特征在于：所述的铜/碳材料中的碳或是金刚石，或是石墨。
7.根据权利要求2所述的银/铜基复合触头材料的制备工艺，其特征在于：所述的水封冷却方式为利用特制的喷水装置，将去离子水喷射在铜基触头材料板上并形成一个圆形的水冷却区。

说明书全文

银/铜基复合触头材料及制备工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种银/铜基复合触头材料及制备工艺。

背景技术

[0002] 触头材料是各种开关、继电器、接触器等电器的关键部件，起着接通、分断和传输电流的作用。目前国内外大量使用的触头材料为银基材料，成本高。虽然有一部分铜基触头材料，其在大电流，特别是在AC4情况下使用时，可以保证其使用性能，触点在接通大电流时，可以击穿触点表面的氧化膜。而在小电流，特别是AC1情况下使用时，铜基触头材料容易产生温升过高或不通电的现象。但在小电流，特别是在AC1情况下使用时，触头材料烧损小，使用寿命长，因此可以在铜基触头材料的上面复合上一层耐用的银基触头材料来解决以上问题。

[0003] 现有的触头材料一般在铜基体材料上复合高熔点金属或氧化物，以提高其分断能力及抗电弧烧损能力。现有的生产方法通过冷轧制的方法叠合三层组元金属，所需的三层组元金属材料为带材，且带材的一次轧制变形量需达到65％--80％，对材料的变形量要求高，且银基材料需先加工成带材，增加了制备的难度，并且有些银基材料很难先加工成带材材料，如银-碳化钨材料；另外，此方法使用的基材为纯铜，触头工作层只在银层，基材不能继续使用，制备出来的成品仅能用于小电流的轻负荷开关电器，原材料浪费大，效果还不理想。

[0004] 还有一种电触头材料生产方法，是通过电镀的方法在铜基触头材料表面复合上一层银基触头材料，由于此方法生产速度较慢，使用的电镀废液和废水对环境有污染，且复合的两层材料间的结合力低。

[0005] 现热喷涂是一种迅速发展的表面强化技术，它是通过热源将喷涂材料加热至熔融或半熔融状态，喷射到经预处理的基体表面，形成基体涂层，从而使工件具有更优异的表面性能；热喷涂方法制备复合电接触材料不仅能获得的导电性能优良涂层，而且生产周期短，但涂层结合性很差，常常出现起皮，脱落现象，在频繁的接触应力下，更容易产生此现象。虽然兰州理工大学李亚等人使用等离子或超音速电弧喷涂能有一定的改善，但结合层为机械咬合为主，未达到冶金结合，其后退火温度越高(≥600℃)，结合强度越低，其结合强度都小于80MPa，还达不到触点使用要求。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种对生产条件要求低而生产效率高，复合材料之间能够达到冶金结合，性能稳定，对环境又无污染的银/铜基复合触头材料及制备工艺，本发明制备的复合材料基材基材(铜基触头材料)本身就是触头材料，当银基触头材料使用完后复合材料还可继续使用，特别是在大负荷的情况下。

[0007] 为实现上述目的，本发明采用一种银/铜基复合触头材料及制备工艺，复合触头材料由铜基触头材料和银基触头材料采用热喷焊方法复合而成，复合触头材料主要性能为：

[0008] ①复合触头材料包括铜基触头材料和银基触头材料两层结构，两种材料采用热喷焊方法复合而成；

[0009] ②银/铜基复合触头材料银铜结合层有≥2μm的共晶组织过渡层；

[0010] ③银/铜基复合触头材料复合层结合强度≥200MPa；

[0011] ④复合银基触头材料层厚度：30--3000μm。

[0012] 其制备工艺为：

[0013] ①制粉：将各银基触头材料原料粉末进行混粉、造粒、过筛，制成-80目的喷焊粉末；

[0014] ②将铜基触头材料板置于真空或在惰性气体或在水封冷却或在还原性气氛条件下，采用热喷焊方法将银基触头材粉末复合到铜基触头材料板上，喷焊时银铜接触面温度需在780℃--1083℃范围内进行，使复合层有≥2μm的共晶微融结合层，复合触头材料复合层结合强度≥200MPa；

[0015] ③喷焊后的复合板材进行轧制，然后制成触点。

[0016] 本发明进一步设置为铜基体材料包括有以下成分的一种，或是铜/氧化稀土，或是铜/碳，所述的银基材料包括有以下成分的一种，或是纯银，或是银/氧化物，或是银/镍，或是银/钨，或是银/碳化物，或是银/碳化物/碳。

[0017] 本发明进一步设置为热喷焊或为等离子喷焊或为激光喷焊或为火焰喷焊或为电弧喷焊。

[0018] 本发明进一步设置为复合材料在喷焊后进行轧制，轧制后的带材清洗后在基材的另一面采用加热熔化的方法复合一层焊料。

[0019] 本发明进一步设置为碳或是金刚石，或是石墨。

[0020] 本发明进一步设置为水封冷却方式为利用特制的喷水装置，将去离子水喷射在铜基触头材料板上并形成一个圆形的水冷却区。水封冷却方式因为对生产环境要求相对低，喷水装置也方便实现，所以水封冷却比较可靠，将去离子水喷射在铜基触头材料板上并形成一个圆形的水冷却区在这个水冷却区内形成水封环境易于加工生产。

[0021] 与已有技术相比，本发明的有益效果体现于：将铜基触头材料板置于真空或在惰性气体或在水封冷却或还在原性气氛条件下，采用热喷焊方法将银基触头材粉末复合到铜基触头材料板上，喷焊时银铜接触面温度需在780℃--1083℃范围内进行，使复合层有≥2μm的熔融结合层；在喷焊过程中铜基体不熔化，只是在780℃以上与银产生共晶，在两者之间存在一个扩散互溶区(微熔区)，由于基体不熔化因而喷焊层就不会被基体材料所冲淡，因此稀释率极低，能保证喷焊层的良好性能，同时又有一个扩散互溶区(微熔区)，达到真正的冶金结合，结合强度≥200MPa，最高能达到450MPa，大大地加深了触头的工作层，使之能适用于大电流工作的开关、继电器、接触器等电器；另外，本制备工艺操作简单、生产效率高、且无污染产生。

具体实施方式

[0022] 下面结合实施例对本发明再做详细的描述。

[0023] 实施例一

[0024] 铜氧化稀土/银钨(50)复合触头材料及制备工艺，包括以下步骤：

[0025] (1)将银粉和钨粉按比例进行混粉、造粒、过筛，制成-80目的喷焊粉末；

[0026] (2)把铜氧化稀土复合材料制成合适的带材，在真空条件下使用激光喷焊设备进行喷焊，调整好喷焊的送料速度和喷焊枪的移动速度，喷焊温度为780℃--830℃，将银钨(50)粉末喷焊至铜氧化稀土复合材料；

[0027] (3)将经过步骤(2)喷焊好的材料在轧机上轧制到所需的厚度；

[0028] (4)将经过步骤(3)轧制好的板材清洗干净，采用加热熔化的方法在板材的一面均匀地敷上一定厚度的焊料。

[0029] 生产所得的触头材料性能：

[0030] (1)过渡层厚度：2.0μm；

[0031] (2)结合强度：200MPa；

[0032] (3)银钨材料层厚度：1200μm。

[0033] 实施例二

[0034] 铜氧化稀土/银氧化锡(15)复合触头材料及制备工艺，包括以下步骤：

[0035] (1)将银粉和氧化锡粉按比例进行混粉、造粒、过筛，制成-80目的喷焊粉末；

[0036] (2)把铜氧化稀土复合材料制成合适的带材，在还原气氛条件下使用火焰喷焊设备进行喷焊，调整好喷焊的送料速度和喷焊枪的移动速度，喷焊温度为900℃--950℃，将银氧化锡(15)粉末喷焊至铜氧化稀土复合材料；

[0037] (3)将经过步骤(2)喷焊好的材料在轧机上轧制到所需的厚度；

[0038] (4)将经过步骤(3)轧制好的板材清洗干净，采用加热熔化的方法在板材的一面均匀地敷上一定厚度的焊料。

[0039] 生产所得的触头材料性能：

[0040] (1)过渡层厚度：5.0μm；

[0041] (2)结合强度：240MPa；

[0042] (3)银氧化锡材料层厚度：30μm。

[0043] 实施例三

[0044] 铜碳/银碳化钨(12)碳(3)复合触头材料及制备工艺，包括以下步骤：

[0045] (1)将银粉、碳化钨粉和碳粉按比例进行混粉、造粒、过筛，制成-80目的喷焊粉末；

[0046] (2)把铜碳复合材料制成合适的带材，在水封条件下使用等离子喷焊设备进行喷焊，调整好喷焊的送料速度和喷焊枪的移动速度，喷焊温度为1020℃--1083℃，将银碳化钨(12)碳(3)粉末喷焊至铜碳复合材料；

[0047] (3)将经过步骤(2)喷焊好的材料在轧机上轧制到所需的厚度；

[0048] (4)将经过步骤(3)轧制好的板材清洗干净，采用加热熔化的方法在板材的一面均匀地敷上一定厚度的焊料。

[0049] 生产所得的触头材料性能：

[0050] (1)过渡层厚度：15.0μm；

[0051] (2)结合强度：300MPa；

[0052] (3)银氧化锡材料层厚度：3000μm。

[0053] 实施例四

[0054] 铜碳/银镍(15)复合触头材料及制备工艺，包括以下步骤：

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